化工原理实验指导书2011

1、杜华、钤小平、毕研迎编整山东师范大学化工原理教研室2011.3实验一 流体能量转换(柏努利)演示实验一、实验目的1、加深对能量转化概念的理解；2、观察流体流经扩大管、缩小管段时，各截面上静压变化。二、实验原理对于不可压缩流体，在导管内作定常流动，系统与环境又无功的交换时，若以单位质量流体为衡算基准，由于导管截面上的流速不同，而引起相应静压头变化，其关系可由流动过程中能量恒算方程来描述，即：式中：每千克质量流体具有的位能，J/kg；表示每千克质量流体具有的动能，J/kg；表示每千克质量流体具有的压强能，J/kg；表示每千克质量流体在流动过程中的摩摖损失，J/kg。若以单位重量流体为衡算基准时，则

2、又可表达为 mm水柱 （2）式中： Z 流体的位压头，m液柱；P 流体的压强，Pa；u 流体的平均流速，m · s1； 流体的密度，kg · m 3；流动系统内因阻力造成的能量损失，J · kg 1； H流动系统内因阻力造成的压头损失，m液柱。 因此，由于导管截面和位置发生变化引起流速变化，致使部分静-压头转化成动压头，它的变化可由各玻璃管中水柱高度指示出来。三、实验装置如图1-1所示，本实验装置主要由实验导管、稳压溢流水槽和三对侧压管所组成。实验导管为一水平装置的变径圆管，沿程分四处设置压管。每处测压管有一对并列的测压管组成，分别测量该截面处的静压头和冲压头。图

3、1-1伯努利实验装置流程图 1-转子流量计 2-移动框架 3-排污阀 4-流量调节阀1 5-储水箱 6-实验导管 7-循环泵 8-进口调节阀2 9-水箱放水调节阀3 10-溢流管 11-稳压水槽 12-水泵开关盒 13-标尺 14-压头测量管图1-2实验导管结构图实验装置的流程如图1-1所示。液体油稳压水槽流入实验导管，途径直径分别为19、32和19mm的管子，再经过一个19mm内径弯管，最后排除出设备。流体流量由出口调节阀调节。流量从转子流量计测定之。实验前，先将水充满低位储水箱，然后关闭泵的出口阀和试管导管出口调节阀，并将水灌满稳压流水水箱，最后，设法排尽系统中的气泡。实验时，先启动循环水

4、泵，然后依次开启出口阀和调节阀，水由低位储水箱被送入稳压溢流水箱。流经试验导管后再返回低位储水箱中。流体流量可由试验管出口调节阀控制。泵出口阀控制溢流水箱的溢流量，以保持水箱内液面恒定，从而保证流动体系在整个实验过程中维持稳定流动。四、实验方法 1、非流动体的机械能分布及其转换演示时，将泵的出口阀和试验导管出口的调节阀全部关闭，系统内的液体处于静止状态。此时，可观察到：试验导管上的所有的测压管中的水柱高度都是相同的，且其液面与溢流水箱内的液面平齐。2、流动体系的机械能分布及其转换 启动循环水泵，将泵出口阀逐渐开启，调节流量至溢流水箱中有足够的溢流水溢出。缓慢地开启试验导管的出口调节阀，使导管内

5、水开始流动，各测压管中的水柱高度将随之开始发生变化。可观察到：各截面上的水柱高度差随着流体流量的增大而增大。这说明，当流量加大时，流体流过导管各截面上的流速也随之加大。这就需要更多的静压头转化为动压头，表现为每对测压管的水柱高度差加大。同时，各对测压管的右侧管中水柱高度则随流体流量增大而下降，这说明流体在流动过程中，能量损失与流体流速成正比。流速愈大，流体在流动过程中能量损失亦愈大。实验二 压强及其测量演示实验装置一、实验目的：1）掌握绝对压强、表压强和真空度之间的区别与联系。2）掌握流体流柱高度、压头与压强之间的区别与联系。 3）掌握流体压强的几种测量方法。 二、实验装置流程及特点：装置由一

6、容器装在可上下移动的道轨上，可对固定容器进行加压或减压操作。装置为挂壁式教仪设备，使用方便。1.选用有机玻璃制作，可视性好。2.可方便地使容器内的液体处于正压力系统或负压系统。3.多种测压导管，可选用不同的指示剂来测取容器内压力。4.可选用不同指示剂来测取压力。 5.加强对静力学方程的认识和工程实际上的应用。外形尺寸：900×700mm 挂壁镜框式。 三、实验装置组成：     本装置主要由平衡杯、反应器、和U形液柱压差计等组成。其流程如图所示。     主体设备为一有机玻璃制造的反应模型，平衡杯与反应器

7、底部相连，并利用平衡杯的位置高低来调节反应器内的液位，使液面上方产生不同的压强。     反应器顶部装有一个放空阀和两个测压口，试验前，先打开放空阀，水由平衡杯中加入，加水量以使平衡杯与器内液面平齐，液面达反应器高度的1/2处为宜。一个测压口直接联接一联程弹簧压力表。另一个测压口联接三支U形管压差计，压差计中分别装有水银和水两种指示剂，微差压计中同时装有四氯化碳和氯化钙水溶液两种指示剂。每支压差计上各装一旋塞用来进行开闭控制。图：流体静力学演示实验装置四、演示操作步骤： 1）绝对压强、表压强和真空度之间的关系 （1）将器顶放空阀打开，并将平衡杯置于反应器

8、相同高度，使杯内液面与器内液面平齐，再将水银柱压差计上的旋塞打开，观察弹簧压力表和水银柱压差计的读数。可观察到：弹簧压力表和水银柱压差计显示的读数为零。 （2）将器顶放空阀关闭，使器内成为密闭体系，然后将平衡杯缓慢举起，并置于最高位置上，观察弹簧压力表和水银柱压差计的读数。可观察到：随着平衡杯的位置提高，液面上方压强不断提高，同时，水银压差计中液柱向左侧（连接大气一侧）上升一定的高度。 （3）将平衡杯放回到起始位置上，再观察弹簧压力表和压差计上读数。可观察到：随着平衡杯位置的降低，器内液面也随之降低，液面上方空气膨胀而压强降低，平衡杯恢复到起始位置时，弹簧压力表和水银压差计又显示为零，说明反应

9、器内压强与大气压强相同。 （4）将平衡杯缓慢放下，并置于最低位置上，观察弹簧压力表与水银压差计的读数。可观察到：弹簧压力计显示出负的读数，同时，水银压差计中液柱向右侧（连通测压口一侧）上升一定高度。这说明反应器内的操作压强低于大气压强。压力表显示的读数即为器内压强低于大气压强的数值。 2）以液柱高度表示的压强与液柱压力计     先将放空阀关闭，再略为提高平衡杯的位置，然后依次打开水银柱压差计、水柱压差计和微压差计上的旋塞。可观察到：在测量同一压强时，水银压差计显示的水银柱高度差最小，水柱压差计显示的水柱高度差中等，而微压差计显示的液柱高度差最大。这说明

10、：当用液柱高度来表示流体压强时，其值的大小还取决于液柱的高度。为了提高测量精度，压差计的指示剂选择必须合适。实验三 雷诺实验指导一、实验目的1观察流体在管内流动的两种不同流型。 2测定临界雷诺数。二、基本原理流体流动有两种不同型态，即层流(滞流)和湍流(紊流)。流体作层流流动时，其流体质点作直线运动，且互相干行；湍流时质点紊乱地向各个方向作不规则的运动，但流体的主体向某一方向流动。雷诺准数是判断流动型态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：式中，Re雷诺准数，无因次； d管子内径，； u流体流速，ms； 流体密度，kgm3； 流体粘度；Pa·s。 对于一定温度的流体，在

11、特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。本实验通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体流型的变化，一般认为Re<2000时，流动型态为层流；Re>4000时。流动为湍流；2000<Re<4000时，流动为过渡流。三、实验装置与流程实验装置如图1所示。主要由玻璃试验导管、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽、缓冲水槽以及流量计等部分组成。 实验前，先将水充满低位贮水槽，然后关闭泵的出口阀和流量计后的调节阀，再将溢流水槽到缓冲水槽的整个系统加满水。最后，设法排尽系统中的气泡。 实验操作时，先启动循环水泵，然后开启泵的出口阀及流量计后的调节阀。水由稳压溢流水槽流经

12、试验导管、缓冲槽和流量计，最后流回低位贮水槽。水流量的大小，可由流量计后调节阀调节。泵的出口阀控制溢流水槽的溢流量。 示踪剂采用红色墨水，它由红墨水贮瓶经连接软管和玻璃注射管的细孔喷嘴，注入试验导管。细孔玻璃注射管(或注射针头)位于试验导管人口的轴线部位。图1 雷诺演示实验装置 1-可移动框架2-循环水泵 3-低位贮水槽4-流量调节闸阀5-旁路阀门6-转子流量计7-溢流水槽 8-红墨水贮瓶9-红墨水喷针10-玻璃试验导管 11-低位贮水槽排污阀四、实验操作试验时，先少许开启凋节阀，将流速调至所需要的值。再调节红墨水贮瓶的下口旋塞，并用自由夹作精细调节，使红墨水的注人流速与试验导管中主体流体的流

13、速相适应，一般略低于主体流体的流速为宜。待流动稳定后记录主体流体的流量。此时，在试验导管的轴线上，就可观察到一条平直的红色细流，好象一根拉直的红线一样。 2.湍流流动型态 缓慢地加大调节阀的开度，使水流量平稳地增大。玻璃导管内的流速也随之平稳地增大。同时，相应地适当凋节泵出口阀的开度，以保持溢流水槽内仍有一定溢流量，以确保试验导管内的流体始终为稳定流动。可观察到：玻璃导管轴线上呈直线流动的红色细流，开始发生波动。随着流速的增大，红色细流的波动程度也随之增大，最后断裂成一段段的红色细流。当流速继续增大时，红墨水进入试验导管后。立即呈烟雾状分散在整个导管内，进而迅速与主体水流混为体，使整个管内流体

14、染为红色，以致无法辨别红墨水的流线。实验四流体流动阻力测定一、实验目的1掌握流体流经直管和管阀件时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。 2测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的Re方程与公认经验关系比较。 3测定流体流经闸阀等管件时的局部阻力系数。 4学会压差计和流量计的使用方法。5观察组成管路的各种管件、阀件，并了解其作用。二、基本原理流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。 1沿程阻力 流体在水平均匀管道中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低。

15、即 影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量综合成准数关联式。根据因次分析，影响阻力损失的因素有， (1)流体性质：密度，粘度； (2)管路的几何尺寸：管径d，管长l，管壁粗糙度； (3)流动条件：流速。 可表示为： 组合成如下的无因次式： 令 则式中压降 Pahf直管阻力损失 J/kg，流体密度kg/m3直管摩擦系数，无因次l直管长度 md直管内径 mu流体流速，由实验测定 m/s称为直管摩擦系数。滞流(层流)时，64Re；湍流时是雷诺准数Re和相对粗糙度的函数，须由

16、实验确定.2局部阻力 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。 当量长度法 流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le表示。这样，就可以用直管阻力的公式来计算局部阻力损失，而且在管路计算时可将管路中的直骨长度与管件、阀门的当量长度合并在一起计算，如管路中直管长度为乙各种局部阻力的当量长度之和为 ，则流体在管路中流动时的总阻力损失 为阻力系数法 流体通过某一管件或阀门时的阻力损失用流体在管路小的动能系数来表示，这种计算局 部阻力的方法，称为阻力系数法。即 式中：局部阻力系数，无因次； u在小截

17、面管中流体的平均流速，ms。 由于管件两侧距测压孔问的直管长度很短引起的摩擦阻力与局部阻力相比，可以忽略不计。因此hf之值可应用柏努利方程由压差计读数求取。 三、实验装置与流程1实验装置图1-1 实验装置流程图实验装置如图1-1所示。主要部分由离心泵，不同管径、材质的管子，各种阀门或管件，转子流量计等组成。从上向下第一根为不锈钢光滑管，第二根为镀锌铁管，分别用于光滑管和粗糙管湍流流体流动阻力的测定。第三根为不锈钢管，其上装有待测管件(闸阀)，用于局部阻力的测定。流体温度有热电阻，流体流量由涡轮流量计测量，压差有压差变送器测量。本实验的介质为水，由离心泵供给，经实验装置后的水通过管道流入储水箱内

18、循环使用。 2装置结构尺寸 装置结构尺寸如表1-1所示。 表1-1 装置参数名称材质管内径（mm）测试段长度（m）装置（1）装置（2）光滑管不锈钢食品管粗糙管镀锌铁管局部阻力闸阀控制柜面板图如下图：图121、空气开关 2、3、4电源指示灯 5、流量控制仪 6、6路巡检仪（单位m3h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：rmin）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频

19、器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。四、实验步骤及注意事项1灌泵储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处）关闭阀1、阀2、阀3、阀4、阀5、打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。2启动水泵打开控制柜上1空气开关，打开9仪表电源开关，仪表指示灯10亮，仪表上电，显示被测数据。把转换开关转到直接位置，指示灯12亮，按一下离心泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。3光滑管排气先打开光滑管与差压变送器相连的阀门，

20、粗糙管和局部阻力与差压变送器相连的阀门关闭，打开阀3和阀2，排出光滑管中的气体，关上阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，光滑管排气完毕。4光滑管实验打开流体阻力监控软件数据班级、姓名、学号等信息，进入流体阻力实验，点击光滑管，调节阀2，每隔1m3h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，如果超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。光滑管数据采集完毕后，先关闭阀2和阀3，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。粗糙管排气与光滑管排气类似，先打开粗糙管与差压变送器

21、相连的两个阀门，再打开阀4和阀2，排出粗糙管中的气体，关闭阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，粗糙管排气完毕。点击粗粗管，调节阀2，每隔1m3h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，如果超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。粗糙管数据采集完毕后，先关闭阀2和阀4，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。局部阻力排气与光滑管排气类似，先打开局部阻力与差压变送器相连的两个阀门，再打开阀5和阀2，排出粗糙管中的气体，关闭阀2，打开差压变送器的两个排汽阀，排出管道

22、中的气体，直到没有气泡排出为止，关闭差压变送器上的两个排汽阀，局部阻力排气完毕。点击局部阻力，调节阀2，每隔1m3h采集一组实验数据（等数据稳定之后再采集），从2m3h开始到最大流量，但注意最大流量时压差不能超过10kpa，如果超过调节阀门2，使压差不超过10kpa。局部阻力数据采集完毕后，先关闭阀2和阀5，再关闭光滑管与差压变送器相连的两个阀门。流体阻力实验完毕。7数据处理实验数据采集完毕，打开数据处理软件，打开实验数据，执行相应的软件功能，就可算出流体雷诺系数与摩擦因数的关系，执行绘图功能，就可绘出雷诺系数与摩擦因数的曲线关系，执行打印功能就可打印实验数据和实验处理结果。五、实验报告1根据

23、粗糙管实验结果，在双对数坐标纸上标绘出Re曲线，对照化工原理教材上有关图形，即可估出该管的相对粗糙度和绝对粗糙度。 2根据光滑管实验结果，对照柏拉修斯方程，计算其误差。 3根据局部阻力实验结果，求出闸阀全开时的平均值。 4对实验结果进行分析讨论。 实验五流量计校核实验一、实验目的1了解孔板流量计、文丘里流量计的构造、原理、性能及使用方法。2掌握流量计的标定方法。3测定节流式流量计的流量系数C，掌握流量系数C随雷诺数Re的变化规律。4学习合理选择坐标系的方法。5学习对实验数据进行误差估算的具体方法。二、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量有如下关系：采用

24、正U形管压差计测量压差时，流量Vs与压差计读书R之间关系有：式中： Vs被测流体（水或空气）的体积流量，m3/s；C流量系数（或称孔流系数），无因次；A0流量计最小开孔截面积，m2，A0=(/4)d02；流量计上、下游两取压口之间的压差，Pa；被测流体（水或空气）的密度，Kg/m3；U形管压差计内指示液的密度，Kg/m3；空气的密度，Kg/m3；RU形管压差计读数，m；式3-1也可以写成如下形式：若采用倒置U形管测量压差：（忽略空气对测量的影响）则流量系数C与流量的关系为：用体积法测量流体的流量Vs，可由下式计算：图1-1 流量计校核实验装置流程图(4)式中：Vs水的体积流量，m3/s；t计量

25、桶接受水所用的时间，s；A计量桶计量系数；h量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm，h=h2-h1；V在t时间内计量桶接受的水量，L。改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R和流量Vs绘制成一条曲线即流量标定曲线。同时用式（1a）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C雷诺数Re的关系曲线。式中：d实验管直径，m；u水在管中的流速，m/s。三、实验装置1实验回路一：本实验装置为孔板流量计，用离心泵将贮水槽的水直接送到实验管路中，经涡轮流量计计量后通过孔板流量计，通过闸阀调节，最后返回贮水槽。流量计上、下游压强差的测量采用压差变送器。实验回路二：本实验装置为文丘利流量计，用风机

26、将风直接送到实验管路中，经转子流量计计量后，经文丘利流量计后，最后排空。流量计上、下游压强差的测量采用U形压差计测量。1-风机 2-离心泵水泵电源开关 3-涡轮流量计 4-风量调节阀2 5-转子流量计 6- U型压差计 7-文丘利流量计 8-孔板流量计 9-压差传感器 10-阀1 11-储水箱 12-电气控制箱 13-电源总开关 14-电源指示灯 15-液晶无纸记录仪 16-仪表电源开关及指示灯 17-离心泵电源开关及指示灯 18-风机电源开关及指示灯 2设备主要技术数据 （1）设备参数1）离心泵：型号MS100/0.55，转速n=2900转/分，额定流量Q=4m3 /h，扬程H=15m，2）

27、孔板流量计：实验管路内径d=，孔板开孔d0=。3）文丘利流量计：实验管路内径d=,节流开孔：d0=。 （2）流量测量 气体转子流量计：16160m3/h 涡轮流量计：220m3/h四、实验方法 1打开汞水U形管压差计的平衡阀，关闭泵流量调节阀1，启动离心泵。2实验前，首先检查流程中导压管内是否有气泡存在，检查办法是：关闭流量调节阀1，可先将U形管压差计的平衡阀关闭，再看U形管压差的读数是否为零，若为零，说明其导压管无气泡。 3若导压管内有气泡存在，可按下述方法进行排气操作：关闭流量调节阀1及阀、阀、阀、阀、阀，然后打开阀及阀，排尽右侧导压管内的气泡，排尽后关闭阀及阀，打开阀、阀，进行排导压管左

28、侧的气泡，排尽后关闭阀、阀，缓慢打开阀及阀，看倒置U形管的读数是否为零，若为零说明气泡已赶尽了。 4关闭平衡阀，按流量从小到大的顺序进行实验，即测流量计两侧压差计读数R，同时用转子流量计测量水的流量。记录数据。 5实验结束后关闭泵出口流量调节阀，停泵。五实验注意事项1在启动离心泵之前，务必打开汞水U形管压差计的平衡阀，以避免发生跑汞现象。2在排气时，开关各阀门要注意缓开慢关。六、报告内容1计算各流量下的流量系数C与雷诺数Re的数值。2在适当的坐标系上标绘流量计流量Vs压差计读数R的关系曲线，即流量标定曲线；流量系数C与雷诺数Re的关系曲线。3对流量计流量系数C进行误差估算，指出误差的主要来源和

29、改善措施。实验六离心泵特性曲线测定一、实验目的1. 了解离心泵结构与特性，学会离心泵的操作；2. 掌握离心泵特性曲线测定方法。二、基本原理离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率与泵的流量V之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的外部表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用数学方法计算这一特性曲线，只能依靠实验测定。1扬程H的测定与计算在泵进、出口取截面列柏努利方程：式中：p1,p2分别为泵进、出口的压强 N/m2流体密度 kg/m3u1,u2分别为泵进、出口的流量m/s g重力加速度 m/s2当泵进、出口管径一样，且压力表和真空表安

30、装在同一高度，上式简化为：由上式可知：只要直接读出真空表和压力表上的数值，就可以计算出泵的扬程。2轴功率N的测量与计算轴的功率可按下式计算：式中，N泵的轴功率，Ww电机输出功率，W由上式可知：测定泵的轴功率，只需测定电机的输出功率，乘上功率转换中的倍率即可。3效率的计算泵的效率是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体自泵得到的功，轴功率N是单位时间内泵从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。泵的有效功率Ne可用下式计算：Ne=HVg故 =Ne/N=HVg/N4速改变时的换算泵的特性曲线是在指定转速下的数据，就是说在某一特性曲线上的一切实验点，其

31、转速都是相同的。但是，实际上感应电动机在转矩改变时，其转速会有变化，这样随着流量的变化，多个实验点的转速将有所差异，因此在绘制特性曲线之前，须将实测数据换算为平均转速下的数据。换算关系如下：流量 扬程 轴功率 N效率 三、实验装置与流程离心泵性能特性曲线测定系统装置工艺控制流程图如图2-1：3仪表控制柜面板如图1-2所示：1、空气开关 2、3、4电源指示灯 5、流量控制仪 6、6路巡检仪（单位m3h）：第一通道测量离心泵进口压力（单位：kpa），第二通道测量离心泵出口压力（单位：kpa），第三通道测量离心泵转速（单位：rmin）第四通道测量流体阻力压差（单位：pa）第五通道测量流体温度（单位：

32、摄氏度），第六通道没用，7、功率表（单位：KW）8、仪表电源指示灯、9、仪表电源开关，10、变频器电源指示灯，11、变频器电源开关，12、离心泵电源指示灯、13、离心泵直接或变频器运行转换开关，14、离心泵启动按钮，15、离心泵停止按钮。四、实验步骤及注意事项1灌泵：储水箱中出水到适当位置（大概三分之二处），打开离心泵出口排气阀和进口灌水阀，用水杯从灌水阀灌水，气体从排汽阀排出，直到排水阀有水排出并且没有气泡灌水完毕，关闭排气阀和灌水阀。2启动水泵：打开控制柜上空气开关，打开仪表电源开关，仪表指示灯亮，仪表带电，显示被测数据；把转换开关转到直接位置，指示灯亮，检查出口阀在关闭状态下，按一下离心

33、泵启动按钮，离心泵运转，启动按钮指示灯亮，水泵启动完毕。软件，输入班级、姓名、学号等信息，进入离心泵监控界面，打开阀1到最大，每隔2m3h采集一组数据（等数据稳定之后再采集），注意从最大流量做到0等分。4.数据采集完毕，关闭出口阀后，按离心泵停止按钮，泵停止。5、打开数据处理软件，打开采集的数据，进行数据处理，计算出数据处理结果，绘出离心泵特性曲线。实验完毕。五、实验报告1在同一张坐标纸上描绘一定转速下的HV、NV、V曲线2分析实验结果，判断泵较为适宜的工作范围。实验七 恒压过滤常数测定实验一、实验目的1. 熟悉板框压滤机的构造和操作方法；2. 通过恒压过滤实验,验证过滤基本原理；3. 学会测

34、定过滤常数K、qe、e及压缩性指数S的方法；4. 、5. 了解操作压力对过滤速率的影响。二、基本原理过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的操作。在外力作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离。过滤操作中，随着过滤过程的进行，固体颗粒层的厚度不断增加，故在恒压过滤操作中，过滤速率不断降低。影响过滤速率的主要因素除压强差、滤饼厚度外，还有滤饼和悬浮液的性质，悬浮液温度，过滤介质的阻力等，在低雷诺数范围内，过滤速率计算式为：(1)u：过滤速度，m/sK：康采尼常数，层流时，K5.0：床层空隙率，m3/m3：滤液粘度，Pasa：颗粒的比表面积，m2/m3p：过滤的

35、压强差，PaL：床层厚度，m由此可以导出过滤基本方程式：(2)V：过滤体积，m3：过滤时间，sA：过滤面积，m2Ve：虚拟滤液体积，m3r：滤饼比阻，1/m2，r=2(1-)2/3r：单位压强下的比阻，1/m2，r= rpsv：滤饼体积与相应滤液体积之比，无因次S：滤饼压缩性指数，无因次，一般S01，对不可压缩滤饼，S0恒压过滤时，令k=1/rv，K=2kp1-s，q=V/A，qe=Ve/A，对(2)式积分得：(q+qe)2=K(+e)(3)K、q、qe三者总称为过滤常数，由实验测定。对（3）式微分得：2(q+qe)dq=Kd(4)用/q代替d/dq，在恒压条件下，用秒表和量筒分别测定一系列时

36、间间隔i，和对应的滤液体积Vi，可计算出一系列i、qi、qi，在直角坐标系中绘制/qq的函数关系，得一直线，斜率为2/K，截距为2qe/K，可求得K和qe，再根据e=qe2/K，可得e。改变过滤压差p，可测得不同的K值，由K的定义式两边取对数得： lgK=(1-S)lg(p)+lg(2k)(5)在实验压差范围内，若k为常数，则lgKlg(p)的关系在直角坐标上应是一条直线，斜率为(1-S)，可得滤饼压缩性指数S，进而确定物料特性常数k。三、实验装置与流程实验装置如图3-1所示：图3-1 板框压滤机过滤流程1-可移动框架 2-阀2 3-止回阀 4-压力料罐 5-玻璃视镜 6-压紧手轮 7-压力表

37、 8-板框组9-板框进口压力表 10-压力定值调节阀 12-阀10 13-阀9 14-配料槽15-指示尺 16-阀6 17-阀7 18-阀8 19-阀5 20-阀4 21-阀322-阀1CaCO3的悬浮液在配料桶内配制一定浓度后，利用压差送入压力料槽中，用压缩空气搅拌，同时利用压缩空气将滤浆送入板框压滤机过滤，滤液流入量筒计量，压缩空气从压力料槽排空管排出。板框压虑机的结构尺寸：框厚度11mm，过滤总面积 2。空气压缩机规格型号：V 0.08/8，最大气压0.8Mpa。四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤：1. 配制含CaCO3813（wt%）的水悬浮液。2. 开启空压机，打开阀2、阀3，关闭

38、阀1阀4、阀5，将压缩空气通入配料槽，使CaCO3悬浮液搅拌均匀。 3. 正确装好滤板、滤框及滤布。滤布使用前用水浸湿。滤布要绷紧，不能起皱（注意：用螺旋压紧时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧）。4. 等配料槽料液搅拌均匀后，关闭阀3，打开阀5及压力料槽上的排气阀，使料浆自动由配料桶流入压力料槽至其视镜2/3处，关闭阀5。5. 打开阀4，通压缩空气至压力料槽，使容器内料浆不断搅拌。压力料槽的排气阀应不断排气，但又不能喷浆。6. 调节压力料槽的压力到需要的值。主要依靠调节压力料槽出口处的压力定值调节阀来控制出口压力恒定，压力料槽的压力由压力表读出。压力定值阀已调好，从左

39、到右分别为1#压力：0.1MPa；2#压力：0.2MPa；3#压力：0.3MPa。考虑各个压力值的分布，从低压过滤开始做实验较好。7. 放置好电子天平，按下电子天平上的“on”开关，打开电子天平，将料液桶放置到电子天平上。打开并运行电脑上的“恒压过滤测定实验软件”，进入实验界面，做好准备工作，可以开始实验。8. 做0.1MPa压力实验：并打开阀6、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“”按钮，进行0.1MPa压力实验，实验软件自动计算时间间隔内的过滤量并记录数据，存储到数据库中，以供数据处理软件之用。当实验数据组数做完后，软件自动停止。9. 做0.2MPa压力实验：打开阀7

40、、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“”按钮，进行0.2MPa压力实验。当实验数据组数做完后，软件自动停止。10. 做0.3MPa压力实验：并打开阀8、阀9及阀10开始加压过滤。等流量稳定时，单击实验软件上的“”按钮，进行0.3MPa压力实验。当实验数据组数做完后，软件自动停止。11. 实验完成后打开数据处理软件进行数据处理。12. 手动实验时每次实验应在滤液从汇集管刚流出的时候作为开始时刻，每次V取800ml左右，滤液量可以由电子天平处读出。记录相应的过滤时间及滤液量。每个压力下，测量810个读数即可停止实验。13. 每次滤液及滤饼均收集在小桶内，滤饼弄细后重新倒入料浆

41、桶内，实验结束后要冲洗滤框、滤板及滤布不要折，应用刷子刷。（二）注意事项：1在夹紧滤布时，千万不要把手指压伤，先慢慢转动手轮使板框合上，然后再压紧。 2滤饼及滤液循环下次实验可继续使用。五、实验报告实验数据列于表3-1中。计算结果列于表3-2中。表3-1 实 验 数 据p1.0kg/cm2p1.5kg/cm2p/cm2V（ml）（s）V（ml）（s）V（ml）（s）表3-2 计 算 结 果p1.0kg/cm2p1.5kg/cm2p/cm2q（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）q（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）q（m3/m2）/q（sm2/m3）q（m3/m2）表

42、3-3 不同压力下的K值p（kg/cm2）过滤常数K（m2/s）实验八 传热系数测定一、实验目的1 观察水蒸气在换热管外壁上的冷凝现象，并判断冷凝类型；2 测定空气（或水）在圆直管内强制对流给热系数；3 掌握热电阻测温的方法。二、基本原理对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定。因为<< ,所以传热管内的对流传热系数 热冷流体间的总传热系数 （W/m2·）（1）式中：管内流体对流传热系数，W/(m2)；Qi管内传热速率，W；Si管内换热面积，m2；对数平均温差，。对数平均温差由下式确定： （2）式中：ti1，ti2冷流体的入口、出口温度，；tw壁面平均温度，； 因为

43、换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw来表示，由于管外使用蒸汽，近似等于热流体的平均温度。 管内换热面积： （3）式中：di内管管内径，m；Li传热管测量段的实际长度，m。 由热量衡算式： （4）其中质量流量由下式求得： （5）式中：Vi冷流体在套管内的平均体积流量，m3 / h；cpi冷流体的定压比热，kJ / (kg·)；i冷流体的密度，kg /m3。cpi和i可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。ti1，ti2， tw， Vi可采取一定的测量手段得到。 对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流

44、，被加热状态，准数关联式的形式为. （6）其中：， ， 物性数据i、cpi、i、i可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数Pri变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为： （7）这样通过实验确定不同流量下的Rei与，然后用线性回归方法确定A和m的值。三、实验装置与流程1实验装置空气水蒸气体系实验装置如图1所示。图1传热系数测定装置流程图（气汽） 1-空气流量调节闸阀1 2-空气流量调节旁路阀2 3-空气均匀分布器 4-可移动实验框架 5-防振软连接 6-风机 7-阀4 8-蒸汽进气管 9-阀3 10-排不宁性气体阀门 11-冷空气出口温度 12-蒸汽压力表

45、13-蒸汽喷汽管 14-换热紫铜管 15-空气孔板流量计 16-压差变送器 17-空气进口温度来自蒸汽发生器的水蒸气进入玻璃套管换热器，与来自风机（水泵）的风（水）进行热交换，冷凝水经疏水器排入地沟。冷空气（水）经孔板（转子）流量计进入套管换热器内管（紫铜管），热交换后排出装置外。3设备与仪表规格（1）紫铜管规格：直径20×mm，长度L=1000mm（2）外套玻璃管规格：直径100×5mm，长度L=1000mm（3）压力表规格：00.1MPa2仪表箱面板图如3所示：图3 仪表箱面板图1-1#液晶记录仪 2-风机电源指示 3-风机电源开关 4-仪表电源开关 5-仪表电源指示

46、6-空气开关 7-电源指示灯 8-2#液晶记录仪1#液晶记录仪从13通道分别为：空气流量、空气进口温度、空气出口温度；2#液晶记录仪12通道分别为：蒸汽一端温度、蒸汽另一端温度，3通道空余。四、实验步骤与注意事项（一）实验步骤1打开总电源空气开关，打开仪表及巡检仪电源开关，给仪表上电。2打开电脑，运行“”软件，输入“班级”、“姓名”、“学号”及“装置号”（只有一台装置时为1），单击“确定”按钮，选择“传热系数测定实验”进入实验界面。3打开仪表台上的风机电源开关，让风机工作，同时打开冷流体入口阀门，让套管换热器里充有一定量的空气。4打开冷凝水出口阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽

47、跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。5在做实验前，应将蒸汽发生器到实验装置之间管道中的冷凝水排除，否则夹带冷凝水的蒸汽会损坏压力表及压力变送器。具体排除冷凝水的方法是：关闭蒸汽进口阀门，打开装置下面的排冷凝水阀门，让蒸汽压力把管道中的冷凝水带走，当听到蒸汽响时关闭冷凝水排除阀，可进行实验。6刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽进口阀门的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。7当一切准备好后，打开蒸汽进口阀，蒸汽压力调到0.01Mpa，并保持蒸汽压力不变。 （可通过调节排不宁性气体阀以及蒸汽进

48、口阀来实现。）8可通过调节空气的进口阀手动调节空气流流量，改变冷流体的流量到一定值，等稳定后在实验软件界面上单击“采集数据”按钮，实验软件会自动记录实验数值；改变不同流量，采集不同流量下的实验数值。9记录3到8组实验数据，完成实验，关闭蒸汽进口阀与冷流体进口阀，关闭仪表电源和风机的电源。10关闭蒸汽发生器。11打开实验数据处理软件“ce2000”，选择“传热实验装置”，打开该组实验数据，进行实验数据分析处理。 （二）注意事项1先打开排冷凝水的阀，注意只开一定的开度，开的太大会让换热桶里的蒸汽跑掉，关的太小会使换热玻璃管里的蒸汽压力集聚而产生玻璃管炸裂。2一定要在套管换热器内管输以一定量的冷流体

49、后，方可开启蒸汽阀门，且必须在排除蒸汽管线上原先积存的凝结水后，方可把蒸汽通入套管换热器中。3刚开始通入蒸汽时，要仔细调节蒸汽的开度，让蒸汽徐徐流入换热器中，逐渐加热，由“冷态”转变为“热态”，不得少于10分钟，以防止玻璃管因突然受热、受压而爆裂。 3操作过程中，蒸汽压力一般控制在2MPa（表压）以下，否则可能造成玻璃管爆裂和填料损坏。4.确定各参数时，必须是在稳定传热状态下，随时注意惰气的排空和压力表读数的调整。五、实验数据处理使用数据处理软件进行实验数据处理，软件使用方法参见软件使用说明书。六、实验报告1将冷流体给热系数的实验值与理论值列表比较，计算各点误差，并分析讨论。2说明蒸汽冷凝给热

50、系数的实验值和冷流体给热系数实验值的变化规律。3按冷流体给热系数的模型式：。确定式中常数A及m。实验九换热器综合实验装置系统实验一、实验目的1通过测定换热器冷、热流体的流量，测定换热器的进、出口温度，熟悉换热器性能的测试方法； 2了解套管换热器，板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。 3通过测定参数计算换热器流体的热量；计算换热器的传热系数及效率；分析换热器的传热状况，加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力的差别。 4学习掌握换热器智能仪表控制系统的软硬件控制知识。二、基本原理1概述本换热器性能测试实验装置，主要对应用较广的间壁式中的三种换热：套管式换热器、板式换热器和列管式换

51、热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器、板式换热器和列管换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同量两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。2实验装置参数图2-1 换热器综合实验装置流程示意图本实验台的热水加热采用电加热方式，冷热流体的进出口温度采用pt100加智能多路液晶巡检仪表进行测量显示，实验台参数如下：（1）换热器换热面积（F）：套管式换热器：0.422；板式换热器：0.45；列管式换热器：0.6（2）电加热管总功率：3KW（3）冷热流体风机： 允许工作温度：<8

52、0额定流量：76 m3/h 电机电压：220V 电机功率：750W（4）孔板流量计： 流量：8-30m3/h； 允许工作温度：0-80三、实验装置与流程1实验装置流程：本实验装置采用冷水和用阀门换向进行顺逆流实验；工作流程如图2-1所示，换热形式为热水冷水换热式。2仪表控制板1-仪表电源开关 2-指示灯 3-冷流体流量控制手自动切换及调节旋钮4-换热器温度接口 5-冷流体流量控制仪 6-温度巡检仪1、2通道 7-流量积算仪 8-加热管电压指示 9-空气开关 10-指示灯 11-热流体流量积算仪 12-温度巡检仪 13-温度巡检仪3、4通道 14-温度控制仪 15-温度控制手自动切换及调节旋钮

53、16-加热管启动按钮 17-加热管停止按钮 18- 热流体风机电源开关 19-变频器电源开关换热器温度接口：从左到右112个口分别为板式换热器、列管换热器、套管换热器的冷流体进出口温度和热流体进出口温度，实验时，把相应实验的对象温度接到温度巡检仪的14个通道。四、实验步骤及注意事项（一）实验前准备： 1熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和功能。2按顺流（或逆流）方式调整冷流体换向阀门的开或关。顺流时，打开阀2、阀3，关闭阀4、阀5；逆流时，打开阀4、阀5，关闭阀2、阀3。 3打开所要实验的换热器相关阀门，关闭其他换热器的相关阀门。（二）实验操作：1接通电源：打开传热仪表电源开关，打开热流体风机电源开关，按下加热管启动按钮，开始加热，温度一般控制在70以下。2热流体温度、热流体流量的调整控制：（1）手动控制：将仪表柜内的仪表面板上的“冷流量手自动切换”、“热流体温度手自动切换”打到手动位置，然后通过调节各自的旋钮进行调节；（2）自动控制：将仪表柜内的仪表面板上的“冷流量手自动切换”、“热流体温度手自动切换”打到自动位置，然后在实验监控及过程控制实验软件进行自动整定调节控制。3打开变频器电源开关，控制冷流体流量，调整一个实验的冷流量